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7T来了,专“听”脑细胞说话

来源:浙大新闻
摘要:7T的全名是“MAGNATOM7T超高场磁共振仪”,是科学界公认的顶级神经科学及脑认知研究设备。国家“千人计划”入选者、浙大求是高等研究院系统神经与认知科学研究所所长王菁教授(AnnaWangRoe)介绍,它每一次挪步,必须有重型吊车、叉车和重型大卡随身“伺候”。捕捉瞬间“喜怒哀乐”如此笨重的大家伙,干的却是世界级的精......

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    “7T来了!”—— 5月23日凌晨4点,一辆重型大卡驮着一台40吨重的庞然大物,缓缓停在浙江大学华家池校区西门。

    

    “7T落成了!”——等到这句话,已是整整4个月之后。9月23日, 7T初步安装调试完成,校内外众多科学家前来贺喜与参观。

    

    7T的全名是“MAGNATOM 7T超高场磁共振仪”,是科学界公认的顶级神经科学及脑认知研究设备。坐落于浙大校园内的这台7T,是国内第二台7T,也是国内首次引进的具备主动屏蔽式技术的7T。

    

    7T能做什么?它接下来将怎样工作?跟随参观的人流,记者请教了相关科学家。

    

    500米路“走”了24小时

    

    一段视频展示了当时7T“举步维艰”的搬运过程:从华家池校区的西门到实验室一共500米,笨重的7T 整整“跋涉”了一天一夜。

    

    “7T进浙大,是费了多大的劲呢”。国家“千人计划”入选者、浙大求是高等研究院系统神经与认知科学研究所所长王菁教授(Anna Wang Roe)介绍,它每一次挪步,必须有重型吊车、叉车和重型大卡随身“伺候”。遇到高处有遮挡、台阶、拐弯,重型吊车负责将7T从卡车上吊下来,垫上四个轮子,再由大叉车缓缓推着前行。它目前所在的脑科学影像平台,地基经过了专门的加固处理。

    

    7T为什么那么沉?首先当然是因为体积大。它的宽和高各有3米,长则有2.6米,中间有60厘米的孔径检测舱,可以容纳整个人体。另一方面,利用核磁共振现象,科学家能分辨出不同物质的空间分布。线圈通电后旋转会产生强大的磁场,引发核磁共振。磁场越强,需要的电流就越强,为了减少发热,线圈就要越粗。T,是磁场强度单位特斯拉,到达7,表示超高场强。7T的磁场强度,是目前临床普遍使用的3T磁共振的2.3倍。

    

    捕捉瞬间“喜怒哀乐”

    

    如此笨重的大家伙,干的却是世界级的精细活——观察神秘而精密的神经网络信号。

    

    “简单的说,就是看各个功能的神经柱(具有类似功能的多个神经元的集合)之间是怎样工作的。”王菁教授说,我们的视觉、听觉、触觉、味觉等各种感觉以及喜怒哀乐,反应在大脑中,就是各种神经信号。“这些神经信号是一个复杂的神经协作网络,我们很想研究,一种感觉对应哪些特定的神经活动。神经细胞和神经细胞之间,是怎么进行通话与协作的。很多脑部或精神疾病,其实是某些神经通讯中断了,或者病变了。”

    

    “我只要看到脑区成像图,就知道实验对象在看什么。”安放7T的实验室门口,王菁指着一张布满黑点的照片告诉记者:“这是一只猴子正在看某种颜色。”王菁长期从事神经科学、脑与认知科学等相关研究工作,这张照片,是她曾经借助光成像手段拍的,每个小黑点的直径大概是0.2毫米,代表一个神经元的活跃。“只有当猴子在看颜色的时候,这个单元区域才会‘亮’。”

    

    “这是一种间接观察手段。”神经与认知科学研究所的陈岗教授解释,大脑中有10亿个脑细胞,这些细胞之间的通讯,是通过电信号完成的。但是,目前人类的技术手段还无法直接获取这些电信号活动轨迹,于是想到了另外一个办法:“神经元之间相互通信需要消耗氧气,而氧气是通过血流输送的,我们通过血流大小的变化,可以间接得知神经功能单元之间的通信状况。”

    

    7T具有高分辨力、高灵敏度和快速成像的特点,可以获得高清晰度全脑的结构和功能三维成像。它的分辨力可以达到0.5毫米以内,是目前普通核磁共振仪的5倍。在非入侵、无损伤的前提下,这是人类能够看到的最精细的大脑图像,这也是理解大脑在正常状态下是如何工作的关键。“超高分辨力其实有两层意思。一个是图像维度的,一个是时间维度的。”神经与认知科学研究所的奚望副教授说,人的意识活动是转瞬即逝的,而7T能记录下精确到毫秒的神经网络活动图像。

    

    期待深度交叉研究

    

    这台7T专门用于基础研究,而不用于临床诊断和治疗。

    

    实验室的墙上,挂着一组菠萝的黑白“切片图”。原来,安装调试过程中,科学家们已经迫不及待拿菠萝“试验”上了。黑色的部分代表水分含量高,白色部分则代表水分含量相对较低。

    

    当然,科学家们的真正兴趣不在水果,而在大脑。虽然人类对于大脑的研究已经开展许多年,但是,限于研究手段的限制,神经网络的协作机制一直被认为是“黑箱”地带。     

    “我们感兴趣的是非人灵长类动物的注意的神经机制。”奚望说,“大脑的注意,就像一个神奇的过滤器,它对周围的信息是作出选择和反应?大脑是怎么分配注意的?”意识和认知的神经机制,将是这个研究所一个重要的研究方向。

    

    “我们还希望和脑机接口方向的研究做深度合作。”王菁说,研究必须在不断的合作中走在最前沿,为面向临床的治疗手段进行充分的基础研究。“我们通过这样超高分辨力的仪器,能看清楚不同的意识活动区域,找到它们的准确位置,不久的将来,有可能开发出一些对应的治疗仪器。“比如,如果科学家能完全弄清楚产生视觉的神经机制,我们是否可以在特定的神经区域给一个特定的电信号,修复原有的通讯机制,这样,盲人就有可能获得“看见”的感觉了。

    

    此前,已经有科学家通过研究帕金森病的神经机制,准确找到了“病灶”位置,在“病灶”处植入一个芯片,就能有效阻止帕金森病患者肢体的抖动。

    

    根据研究计划,7T将首先用于研究人脑和猴脑在正常和疾病状况下的组织结构、功能定位及网络、生理和代谢过程、以及精神性疾病的神经学过程的高分辨力研究。 “浙江大学的信息科学、生物医学工程和临床医学的研究水平都很高,这是很宝贵的研究环境,”落成典礼的现场,研究所邀请了许多不同学科的科学家,“我们很期待更为交叉的深度合作。前沿,只有在不断交叉中才能实现。”王菁说。

作者: 2015-9-25
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